[实用新型]基于全反射原理的光学元件激光预处理装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学材料激光预处理领域，具体是一种基于全反射原理的光学元件激光预处理装置。

背景技术

近年来，随着激光技术及其应用的快速发展，特别是激光输出能量和功率水平的大幅提高，对各类光学元件的光学性能，如吸收特性、缺陷分布及抗激光破坏能力等的要求也越来越高。一些大型激光系统对其光学元件的要求越来越接近现有加工技术的极限，因此仅仅从传统的元件加工方法和加工工艺上来进行改进以提高光学元件的光学性能不仅在技术上变得越来越困难，而且成本也变得非常昂贵，难以满足科学研究及大规模应用的要求。

通过激光预处理来提高光学元件的光学性能，特别是其抗激光损伤能力，是一种行之有效的方法。激光预处理技术通常是采用功率密度或能量密度低于光学元件损伤阈值的激光束（亚阈值激光束）对光学元件进行100%覆盖的辐照处理。 激光预处理能够有效清除光学元件表面和亚表面缺陷以及元件表面的污染，从而加大幅度提高元件的激光损伤阈值。

在一些大型及超大型激光系统中常用的透明光学材料主要有熔融石英（Fused Silica）、KDP晶体等。这些材料在实际应用中，其元件表面污染、表面和亚表面缺陷、以及材料体内缺陷等，都是潜在的降低元件抗激光能力的因素。因此根据具体的情况，对表面、亚表面、以及整个元件的通光体积都进行激光预处理能够较大幅度提高相关原件的激光损伤阈值。

在激光预处理过程中，为了达到更好的处理效果，一般需要采用强度依次增加的激光束对样品进行多次辐照处理，并且根据具体元件特点要对初始处理的激光强度以及所有后续处理的激光强度等进行合理的控制。此外，由于在超大型强激光系统中的光学元件的损伤阈值要求较高，因此对其进行亚阈值激光预处理需要使用较高的功率或能量密度。这样一来，利用普通工业商用激光器进行激光预处理，通常需要将光束聚焦成比较小的光斑尺寸才能满足激光亚阈值预处理所需要的激光功率或能量密度水平。而对样品100%覆盖的辐照是通过对样品进行逐点扫描来实现的。

由于以上原因，激光预处理工艺通常既费时又昂贵，特别是对超大型强激光系统中所需要的光学元件，由于其光学口径相对很大，激光预处理技术相对更为缓慢和昂贵。以一个口径0.5米X 0.5米的光学元件为例，如果预处理光斑面积为是1毫米X 1毫米，激光器的重复频率为10 Hz, 则对其单表面全覆盖辐照一次就需费时约7个小时。如果工艺要求在5个不同能量水平进行处理，则对其单表面处理完毕将费时35个小时。如果把元件两个表面都处理完毕，直接扫描时间将费时70小时，如果要进行材料体内处理，耗时将会更长。

实用新型内容

    本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于全反射原理的光学元件激光预处理装置，解决现有的激光预处理技术对于提高大口径光学元件激光损伤阈值过程中因为耗时过长而不能满足实际使用要求的问题，本实用新型利用激光束在透明光学元件样品内部进行多次全反射来回收激光能量并重复利用，并且同时对透明光学元件前亚表面、后亚表面、前后表面以及体内特性进行并行处理，从而能够大幅提高激光预处理的速度。

本实用新型的技术方案为：

基于全反射原理的光学元件激光预处理装置，包括有激光光源、设置于激光光源的后端和透明光学元件一侧面之间的激光能量调整控制装置、激光光束整形处理装置、激光光束分光楔板光束角度调整装置，激光光束分光楔板的第一反射输出端后设置有CCD成像装置，其第二反射输出端后设置有分光装置，分光装置的两分光输出端后分别设置有光电探测器和激光能量测量装置。

所述的基于全反射原理的光学元件激光预处理装置还包括有相对透明光学元件另一侧面设置的激光光束吸收装置。

所述的光学角度调整装置选用激光高反镜，所述的激光高反镜固定于激光高反镜装夹调整装置上。

在实际应用中样品材料的微弱吸收以及在全反射界面的能量损失会使处理激光束能量随着重复利用次数的增加而逐渐减少，但是这种减少是缓慢的，在一定程度上不会对处理结果造成显著影响。例如，假设样品在界面每反射一次其能量损失率为0.2%，则经过N次反射后，其能量与初始激光束能量的比值为(1-0.1%)^N （当N=10时，该值为98%）。

本实用新型的优点：

（1）、本实用新型的激光光束在样品内部多次全反射后能量或功率水平基本保持不变，这样就相当于对元件样品表面的多个处理点以及内部激光光束经过的区域进行了同一激光能量下的并行处理，大大提高了激光预处理的速度；